温度闭环控制系统.doc

自动控制理论温度闭环控制

【实践目及要求】
【实践目】
1.在试验基础上, 控制实际模拟对象, 加深对理论了解;
2.掌握闭环控制系统参数调整对系统动态性能影响;
⒊设计一个直流电机转速控制系统, 使它达成对应设计要求。
【设计要求】
设计要求:
1. 使温度对应变送电压在0V到10V可调。
2. 稳态时无静态速度误差。
3. 含有一定抗扰动能力。
在做这个试验时, 先在ACCT-II自动控制理论及计算机控制技术试验板上找到对应单元。连电路时, 先把给定电压调到最低, 然后才开始连接电路。先是一个百分比器, 然后是一个百分比积分器, 在百分比积分器后接加温室输入, 把加热室输出接一个反相器, 然后在接到给定电压输入端, 组成一个负反馈。试验接线图如图2所表示, 除了实际温度变送器、 脉宽调制器和电压表外, 其它模拟电路是由ACCT-II自动控制理论及计算机控制技术试验板上运放单元、 近似调整器和反相器组成。
具体参数以下:
R0=R1=R2=100KW, R3=100KW, R4=1MW, R5=100KW, C1=1mF, Rf/Ri=1。

【实践原理】
温度控制系统框图以下图1所表示, 由给定、 近似调整器、 脉宽调制电路、 加温室、 温度变送器和输出电压反馈等部分组成。在参数给定情况下, 经过运算产生对应控制量, 使加温室里温度稳定在给定值。
给定Ug由ACCT-II自动控制理论及计算机控制技术试验面板上电源单元U1提供, 电压改变范围为1.3V～15V。不过在做这个试验前, 要先测出室温对加温室影响。就是在给定电压为0时候, 看加热室反馈回来电压是多少。然后在连接好电路上, 所加电压一定要大于这个电压, 不然, 所做试验就没有效果。所以, 理论上电压是能够从0～15V开始调整, 不过, 最低电压也要大于室温给加温室反馈电压。
调整器输出作为脉宽调制输入信号, 经脉宽调制电路产生占空比可调0～100％脉冲信号, 作为对加温室里电热丝加热信号。
温度测量采取Cu50热敏电阻, 经温度变送器转换成电压反馈量, 温度输入范围为0～200℃,温度变送器输出电压范围为DC0～10V。这个电压作为反馈电压反馈给输入端, 跟给定电压进行比较, 然后系统对电压进行调整, 使加温室稳定在一个稳定值。这就是闭环反馈, 能达成稳定时为静差。
依据实际设计要求, 调整反馈系数b, 从而调整输出电压。

【实践环境】（使用软件）
1．ACCC-I 型自动控制理论及计算机控制技术试验装置
2．数字式万用表
实践内容:
【实践方案设计】
设计关键点:
1使电压工作在0～15V范围内可调。
2 做到稳态时无静差。
3 抵御外界扰动干扰, 有一定抗干扰性。
设计方案:
1．ACCC-I 型自动控制理论及计算机控制技术试验装置连接电路图; 由给定D控制面板连接D控制电路。连接电路时, 注意两部分要共地, 而且锁零要接-15V。试验刚开始时, 给定电压要为0, 然后在调电压时, 电压最小值要大于室温反馈电压。
2．让近似调整器经过一个驱动单元电路, 然后经过脉宽调制器、 再由温度变送器将电压信号转变成电信号, 最终将输出电压反馈回输入端。这个电压是作为反馈电压反馈给输入端, 使温度在系统稳定时无静差。
【实践过程】（实践步骤、 统计、 数据、 分析）
实践步骤:
1．先将ACCT-III自动控制理论及计算机控制技术（二）和ACCT-II自动控制理论及计算机控制技术面板上电源船形开关均放在“OFF”状态。
2．利用ACCT-II试验板上单元电路U9、 U15和U8, 设计并连接如图2所表示闭环系统。需注意是运放锁零信号G接－15V。
（1）将ACCT-II面板上U1单元可调电压接到Ug;
（2）给定输出接PI调整器输入, R4作用是提升调整器动态特征。
（3）经过运算调整器输出（0～10V）接到ACCT-III面板上温度检测和控制单元脉宽调制输入端Uin两端, 脉宽调制后输出电压作为加温室里电热丝加热输入电压。
（4）温度变送器经过检测Cu50热敏电阻温度, 然后转换成电压信号, 作为反馈信号。温度变送器输出U0接到电压反馈输入端, 同时接到电压表输入端, 经过电压表来观察对应温度改变。
（5）因为温度变送器输出电压为正值, 所以反馈回路中接一个反馈系数可调整反相器。调整反馈系数b=Rf/Ri, 从而调整输出电压Uo。
3．连接好上述电路, 全方面检验线路后, 先合上ACCT-III试验面板上电源船形开关, 再合上ACCT-II面板上船形开关, 调整参数, 使系统稳定, 同时观察输出电压改变情况。
4．在闭环系统稳定情况下, 外加干扰信号, 系统达成无静差。如达不到, 则依据参数对系统性能影响重新调整参数。
5．改变给定信号, 观察系统动态特征。
统计:
室温零输入时, 室内温压为: 1.95V
给定电压
反馈
温度变送
输入
输出
2.96
-2.91
2.93
-0.08
1.56
4.05
-3.90
3.96
-0.15
2.66
6.80
-6.50
6.58
-0.31
5.47
8.95
-8.50
8.63
-0.45
7.65
10.10
-9.62
9.79
-0.53
9.14

数据分析:
给定电压是整个电路给这个系统得控制电压, 是在输入端输入电压.变送输入电压是加温室反馈回来电压,在经过反相器后就是反馈电压了.输出电压是给定电压在经过百分比器和百分比积分器后输出电压,也是一个比较关键参数.

【结论】
开始测室温状态零输入下温度传感器电压时, 因为某种原因使得温压在很常一段时间才能得以稳定, 统计此时温压然后再给一定输入电压并测量。如发觉反馈电压与给定电压相差过大, 可调整反相器百分比电阻和其她百分比器或百分比积分器输入输出电阻来改变, 努力争取在稳定时, 反馈电压跟给定电压差值<0.1。然后在以后试验中, 就不要再改变电阻参数了。闭环系统在外界有干扰时, 在反馈作用下能够自动调整使系统稳定, 电流改变时电压并不发生改变或改变不大, 而且在D调整器赔偿作用下, 系统动态特征和稳态特征基础符合要求, 温度变送器这个设计在运行时状态基础正常。温度电压不进行自动调整, 可尝试调整反馈电路中线路是否有断路。整个系统有一定抗干扰性, 不过在反馈电压调整下, 很快就会调回来并稳定。

【小结】
在控制系统工程实践基地, 我们学习了百分比, 百分比微分, 百分比积分等多种经典步骤阶跃特征测试, 经典系统动态性能、 稳定性分析和频域特征分析等, 最终还进行了温度控制和直流电机转速控制试验。这些曾是书本上知识, 现在得到了试验与实践, 让我们学习知识得到了深入了解而且加强了记忆。
在试验中会碰到很多问题, 比如常见是电路图是否连接正确, 导线是否连通, 运放是否工作正常等。都需要耐心去查找, 即使是很微小问题都会影响试验结果, 在试验中也会有很多细节需要注意。所以自己动手去多做试验, 才会积累部分经验, 在以后试验中才会避免。我也发觉自己理论知识有很多欠缺地方, 有很多不足和缺点, 所以在以后学习中会多加注意和努力!
指导老师评语及成绩:
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